(57)【要約】【課題】コストを低減させることができる火炎検出システムを提供する。【解決手段】１つの火炎検出装置１６に対してフレームロッド１４，１５が並列に接続されている。これにより、バーナ毎に火炎検出装置１６を設けずにメインバーナ１２およびパイロットバーナ１３の火炎の有無を検出できるので、火炎検出装置１６の数量を少なくすることができ、結果として、コストを低減させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部分に設けられた一対の電極とこれらの電極にそれぞれ接続された端子を有し、前記電極がバーナの火炎に接触することによって整流作用を発揮する複数のフレームロッドと、
前記フレームロッドに交流電圧を供給するとともに、前記フレームロッドの端子間電圧に基づいて前記火炎の有無を検出する火炎検出装置と
を備え、
前記複数のフレームロッドは、前記火炎検出装置に対して並列に接続される
ことを特徴とする火炎検出システム。
【請求項２】
前記火炎検出装置は、
前記フレームロッドに接続されて、前記一対の電極間に交流電圧を印加する交流電源と、
前記フレームロッドに接続されて、前記フレームロッドの端子間電圧に基づいて前記バーナの火炎の有無を判断する判定回路と
を備える特徴とする請求項１記載の火炎検出システム。
【請求項３】
前記火炎検出装置は、
複数の閾値を記憶した記憶部をさらに備え、
前記判定回路は、
前記フレームロッドの端子間電圧と前記複数の閾値とを比較することにより、前記複数のフレームロッドごとに火炎の有無を判定する判定部を備える
ことを特徴とする請求項２記載の火炎検出システム。
【請求項４】
前記火炎検出装置を複数備えるとともに、この複数の火炎検出装置に接続され、これらの火炎検出装置の検出結果に基づいて火炎の有無を判定する管理装置を備え、
前記フレームロッドは、複数の前記バーナそれぞれに複数設けられ、
各バーナに対して設けられた第１のフレームロッドは、前記火炎検出装置のうち、第１の火炎検出装置に接続され、第２のフレームロッドは、第２の火炎検出装置に接続され、
前記管理装置は、前記第１の火炎検出装置の検出結果と前記第２の火炎検出装置の検出結果とに基づいて火炎の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の火炎検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎の有無を検出する火炎検出システムに関し、特に、フレームロッドを備えた火炎検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼炉を備えたシステムには、燃焼炉の火炎の有無を検出するために、フレームロッドを備えた火炎検出システムが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。この火炎検出システムが設けられたボイラシステムの一例を図５に示す。
【０００３】
図５に示すボイラシステム１００は、燃焼炉１０１と、火炎により燃焼炉１０１内部を加熱するためのメインバーナ１０２と、このメインバーナ１０２に着火させるためのパイロットバーナ１０３とを備えている。このボイラシステム１００には、メインバーナ１０２の火炎に接触するように配設された一対の電極を有するフレームロッド１０４と、このフレームロッド１０４に接続され、メインバーナ１０２の火炎の有無を検出する火炎検出装置１０５と、パイロットバーナ１０３の火炎に接触するように配設された一対の電極を有するフレームロッド１０６と、このフレームロッド１０６に接続され、パイロットバーナ１０３の火炎の有無を検出する火炎検出装置１０７とが備えられている。
【０００４】
ここで、フレームロッドと火炎検出装置とからなる火炎検出システムについて、フレームロッド１０４と火炎検出装置１０５とからなる火炎検出システムを例に簡単に説明する。
フレームロッド１０４は、その先端部分に火炎の中に挿入される一対の電極を備えており、その一対の電極のうち、一の電極（陰極）を内炎と外炎の境界近傍に、他の電極（陽極）を外炎から離して設置すると、火炎の整流現象によって整流作用を発揮する。その結果、それらの電極間に交流電圧を印加すると、フレームロッド１０４には、火炎がある場合には半波整流された電流が流れ、火炎がない場合には電流が流れない。一方、火炎検出装置１０５は、フレームロッド１０４の一対の端子に接続され、その一対の電極間に交流電圧を印加する交流電源と、フレームロッド１０４の端子間電圧に基づいてメインバーナ１０２の火炎の有無を判断する信号処理回路とを備えている。
フレームロッド１０６および火炎検出装置１０７も、その構造および動作原理は、それぞれ、フレームロッド１０４および火炎検出装置１０５と同様である。
【０００５】
そこで、複数のバーナ１０２，１０３を備えたボイラシステム１００に対しては、メインバーナ１０２に対してはフレームロッド１０４および火炎検出装置１０５からなる火炎検出システムを設けるとともに、パイロットバーナ１０３に対してはフレームロッド１０６および火炎検出装置１０７からなる火炎検出システムを設けて、フレームロッド１０４，１０６の端子間電圧に基づき、各バーナの火炎の有無を判定するようにしている。
【０００６】
具体的には、フレームロッド１０４に対して設けられた火炎検出装置１０５では、フレームロッド１０４の整流作用によりフレームロッド１０４の端子間電圧が整流されていると、メインバーナ１０２に火炎が発生していると判定する。一方、フレームロッド１０４が整流作用を発揮せず、フレームロッド１０４の端子間電圧が電源と同じく交流電圧であれば、火炎検出装置１０５は、メインバーナ１０２に火炎が発生していないと判定する。同様に、フレームロッド１０６に対して設けられた火炎検出装置１０７においても、フレームロッド１０６の端子間電圧に基づいて、パイロットバーナ１０３の火炎の有無を検出している。
【０００７】
このように、複数のバーナを有する燃焼炉においては、１つのバーナに対して１つの火炎検出装置を設けることにより、各バーナの火炎の有無を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平０７−０３５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したように複数のバーナを有する燃焼炉においては、各バーナの火炎の有無を検出するためにバーナ毎に火炎検出装置を設けていたので、火炎検出装置の数量も複数になってしまい、結果として高コストを招いていた。
【００１０】
そこで、本発明は、コストを低減させることができる火炎検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る火炎検出システムは、先端部分に設けられた一対の電極とこれらの電極にそれぞれ接続された端子を有し、電極がバーナの火炎に接触することによって整流作用を発揮する複数のフレームロッドと、フレームロッドに交流電圧を供給するとともに、フレームロッドの端子間電圧に基づいて火炎の有無を検出する火炎検出装置とを備え、複数のフレームロッドは、火炎検出装置に対して並列に接続されることを特徴とするものである。
【００１２】
上記火炎検出システムにおいて、火炎検出装置は、フレームロッドに接続されて、一対の電極間に交流電圧を印加する交流電源と、フレームロッドに接続されて、フレームロッドの端子間電圧に基づいてバーナの火炎の有無を判断する判定回路とを備えるようにしてもよい。
【００１３】
また、上記火炎検出システムにおいて、火炎検出装置は、複数の閾値を記憶した記憶部をさらに備え、判定回路は、フレームロッドの端子間電圧と複数の閾値とを比較することにより、複数のフレームロッドごとに火炎の有無を判定する判定部を備えるようにしてもよい。
【００１４】
また、上記火炎検出システムにおいて、火炎検出装置を複数備えるとともに、この複数の火炎検出装置に接続され、これらの火炎検出装置の検出結果に基づいて火炎の有無を判定する管理装置を備え、フレームロッドは、複数のバーナそれぞれに複数設けられ、各バーナに対して設けられた第１のフレームロッドは、火炎検出装置のうち、第１の火炎検出装置に接続され、第２のフレームロッドは、第２の火炎検出装置に接続され、管理装置は、第１の火炎検出装置の検出結果と第２の火炎検出装置の検出結果とに基づいて火炎の有無を判定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１つの火炎検出装置に対して複数のフレームロッドを並列に接続することにより、バーナ毎に火炎検出装置を設けずに複数のバーナの火炎の有無を検出できるので、火炎検出装置の数量を少なくすることができ、結果として、コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１における火炎検出装置の構成を示す回路図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態における火炎検出装置の構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す模式図である。
【図５】図５は、従来のボイラシステムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
まず、本発明に係る第１の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
＜ボイラシステムの構成＞
図１に示すように、本発明に係る火炎検出システムを備えたボイラシステム１は、燃焼炉１１と、この燃焼炉１１内部に複数のバーナを備えたものである。本実施の形態においては、火炎により燃焼炉１１内部を加熱するメインバーナ１２と、このメインバーナ１２に着火させるためのパイロットバーナ１３という２つのバーナを備えている。
【００１９】
＜火炎検出システムの構成＞
本実施の形態に係る火炎検出システムは、先端部分がメインバーナ１２の火炎に接触するように配設されたフレームロッド１４と、同じく先端部分がパイロットバーナ１３の火炎に接触するように配設されたフレームロッド１５と、フレームロッド１４，１５に接続され、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３の火炎の有無を検出する火炎検出装置１６とを備えている。
【００２０】
フレームロッド１４は、その先端部分に火炎の中に挿入される一対の電極を備えており、他端部には、これらの電極に電気的にそれぞれ接続された端子が設けられている。その一対の電極のうち、一の電極（陰極）を内炎と外炎の境界近傍に、他の電極（陽極）を外炎から離して設置すると、火炎の整流現象によって整流作用を発揮する。その結果、それらの電極間に交流電圧を印加すると、フレームロッド１４には、火炎がある場合には半波整流された電流が流れ、火炎がない場合には電流が流れない。このようなフレームロッド１４は、火炎がある場合については、図２に示すように、直列に接続されたダイオード１４ａと抵抗１４ｂとによって表すことができる。
フレームロッド１５も、その構造および動作原理は、フレームロッド１４と同様である。
【００２１】
火炎検出装置１６は、フレームロッド１４，１５の一対の端子に接続され、その一対の電極間に交流電圧を印加する交流電源１６１と、フレームロッド１４，１５の端子間電圧に基づいてメインバーナ１２およびパイロットバーナ１３の火炎の有無を判断する判定回路１６２と、この判定回路１６２に電力を供給する直流電源１６３とを備えている。なお、コンデンサ１６４は、フレームロッド１４，１５を流れる電流を平滑化する平滑コンデンサである。また、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１６５は、判定回路１６２に入力される電圧信号から高周波成分を除去するためのフィルタである。
【００２２】
このような火炎検出装置１６には、複数のフレームロッド１４，１５が並列に接続されている。具体的には、直列に接続された交流電源１６１とコンデンサ１６４とからなる電源回路と、ＬＰＦ１６５を介した判定回路１６２の入力端子とが、それらのフレームロッド１４，１５の外部端子に接続されている。
【００２３】
＜火炎検出動作＞
次に、本実施の形態に係るボイラシステム１における火炎検出動作について説明する。
【００２４】
まず、メインバーナ１２またはパイロットバーナ１３に火炎が発生している場合、交流電源１６１によりフレームロッド１４，１５の電極間に交流電圧を印加すると、火炎の整流現象によってフレームロッド１４またはフレームロッド１５によって整流され、コンデンサ１６４によって平滑化された電流が、交流電源１６１、コンデンサ１６４およびフレームロッド１４，１５からなる回路に流れる。このときにコンデンサ１６４に発生した直流電圧（以下、「フレーム電圧」と言う。）は、ＬＰＦ１６５によりリップル成分が除去された後、判定回路１６２に入力される。判定回路１６２は、フレーム電圧に基づいて、フレームロッド１４およびフレームロッド１５の少なくとも一方に火炎が発生していると判定する。
この判定回路１６２による判定は、例えば、フレームロッド１４およびフレームロッド１５の外部端子間の電圧信号の時間平均をとり、その値が所定の値以上であれば、火炎ありと判定する。この場合、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３の両方に火炎が発生している場合、メインバーナ１２のみに火炎が発生している場合、および、パイロットバーナ１３のみに火炎が発生している場合の中では、後述するように、パイロットバーナ１３のみに火炎が発生している場合が最も電圧信号の時間平均が小さくなる。そこで、パイロットバーナ１３のみに火炎が発生しているときの電圧信号の時間平均を予め測定しておき、この値を上記所定の値として判定回路１６２に予め記憶させておく。これにより、メインバーナ１２またはパイロットバーナ１３に火炎が発生しているか否かを判定することができる。
【００２５】
一方、火炎が発生していない場合、フレームロッド１４またはフレームロッド１５は高抵抗な状態となるので、交流電源１６１、コンデンサ１６４、フレームロッド１４，１５からなる回路にはほとんど電流が流れない。したがって、フレーム電圧が０となるので、上記所定の値を満たさない。したがって、判定回路１６２は、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３に火炎が発生していないと判定する。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、１つの火炎検出装置１６に対してフレームロッド１４，１５を並列に接続することにより、バーナ毎に火炎検出装置１６を設けずにメインバーナ１２およびパイロットバーナ１３の火炎の有無を検出できるので、火炎検出装置１６の数量を少なくすることができ、結果として、コストを低減させることができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、１つの火炎検出装置１６に対して２つのフレームロッド１４，１５を設け、これらのフレームロッド１４，１５により発生する最小のフレーム電圧に基づいて火炎の有無を検出するようにしている。これにより、フレームロッド１４，１５のいずれか一方によりフレーム電圧が発生すれば火炎が発生していると検出されるので、火炎の検出感度を向上させることができる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態における判定回路１６２が、フレームロッド１４，１５を流れる電流に対応するフレーム電圧に対して複数の閾値を記憶した記憶部１６２ａと、その複数の閾値とフレーム電圧とを比較することにより、フレームロッド１４，１５の火炎の有無を検出する判定する判定部１６２ｂとを備えるものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同等である。したがって、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２９】
＜火炎検出動作＞
本実施の形態に係るボイラシステム１における火炎検出動作について説明する。
【００３０】
まず、メインバーナ１２またはパイロットバーナ１３に火炎が発生している場合、交流電源１６１によりフレームロッド１４，１５の電極間に交流電圧を印加すると、火炎の整流現象によってフレームロッド１４またはフレームロッド１５に整流され、コンデンサ１６４によって平滑化された電流が、交流電源１６１、コンデンサ１６４およびフレームロッド１４，１５からなる回路に流れる。このときにフレームロッド１４およびフレームロッド１５の外部端子間に生じるフレーム電圧は、ＬＰＦ１６５によりリップル成分が除去された後、判定回路１６２に入力される。
【００３１】
ここで、火炎の整流作用によってフレームロッドに流れる電流の大きさは火炎の大きさと相関関係があり、一般に火炎が大きいほどその電流も大きくなる。本実施の形態においては、フレームロッド１４はメインバーナ１２の火炎に接触し、フレームロッド１５はメインバーナ１２よりも火炎が小さいパイロットバーナ１３の火炎に接触するので、フレームロッド１４により生じる電流の方が、フレームロッド１５により生じる電流よりも大きくなる。この電流に応じてフレーム電圧も変化するので、フレームロッド１４に由来するフレーム電圧の方が、フレームロッド１５に由来するフレーム電圧よりも大きくなる。したがって、判定回路１６２に記憶されている閾値をそれらのフレーム電圧の値に応じて設定することにより、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３が点火しているか否かを判定することができる。
そこで、本実施の形態においては、メインバーナ１２のみ点火させた状態、パイロットバーナ１３のみ点火させた状態、ならびに、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３を点火させた状態のそれぞれにおいてフレーム電圧を予め検出しておき、この検出した値を閾値として記憶部１６２ａに記憶しておく。具体的には、パイロットバーナ１３のみを点火させたときのフレーム電圧を第１の閾値、メインバーナ１２のみを点火させたときのフレーム電圧を第２の閾値、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３を点火させたときのフレーム電圧を第３の閾値とする。このとき、第１〜第３の閾値の大小関係は、第１閾値＜第２の閾値＜第３の閾値となっている。
【００３２】
判定回路１６２は、印加される電圧の値と、記憶部１６２ａに記憶された第１〜第３の閾値とを比較することにより、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３に火炎が発生しているか否かを判定する。具体的には、印加される電圧が第１の閾値と同等の場合には、パイロットバーナ１３のみに火炎が発生していると判定する。また、印加される電圧が第２の閾値と同等の場合には、メインバーナ１２のみに火炎が発生していると判定する。また、印加される電圧が第３の閾値と同等の場合には、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３の両方に火炎が発生していると判定する。
【００３３】
一方、火炎が発生していない場合は、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３は高抵抗な状態となるので、交流電源１６１、コンデンサ１６４、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３からなる回路にはほとんど電流が流れない。したがって、コンデンサ１６４には直流電圧が生じず、フレーム電圧が０となるので、判定回路１６２は、メインバーナ１２およびパイロットバーナ１３に火炎が発生していないと判定する。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、複数の閾値を記憶した記憶部１６２ａと、その複数の閾値とフレームロッド１４，１５の端子間電圧とを比較することによりフレームロッド１４，１５の火炎の有無を検出する判定する判定部１６２ｂとを備えることにより、それぞれのバーナの火炎の有無を検出することができる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第１，第２の実施の形態における火炎検出装置を２つ設け、それぞれに各バーナに設けられたフレームロッドを接続したものである。したがって、本実施の形態において、上述した第１，第２の実施の形態と同等の構成に要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３６】
＜ボイラシステムの構成＞
図４に示すように、本実施の形態に係るボイラシステム２は、燃焼炉１１と、火炎により燃焼炉１１内部の加熱する２つのバーナ２１，２２とを備えている。
【００３７】
＜火炎検出システムの構成＞
本実施の形態に係る火炎検出システムは、バーナ２１の火炎に接触するように配設されたフレームロッド２３，２４と、バーナ２２の火炎に接触するように配設されたフレームロッド２５，２６と、それぞれ異なるバーナに配設されたフレームロッド２３，２５に接続された火炎検出装置１６ａと、それぞれ異なるバーナに配設されたフレームロッド２４，２６に接続された火炎検出装置１６ｂと、火炎検出装置１６ａ，１６ｂに接続され、これらの検出結果に基づいて火炎の有無を判定する管理装置３０とを備えている。
【００３８】
フレームロッド２３〜２６は、それぞれ上述した第１，第２の実施の形態におけるフレームロッド１４，１５と同等の構成を有する。
【００３９】
火炎検出装置１６ａ，１６ｂは、それぞれ上述した第１の実施の形態または第２の実施の形態における火炎検出装置１６と同等の構成を有する。ここで、火炎検出装置１６ａには、フレームロッド２３，２５が並列に接続されている。また、火炎検出装置１６ｂには、フレームロッド２４，２６が並列に接続されている。このように火炎検出装置１６ａ、１６ｂそれぞれには、バーナ２１，２２に配設されたフレームロッドが接続されている。これにより、火炎検出装置１６ａ、１６ｂが第１の実施の形態における火炎検出装置１６と同等の場合には、バーナ２１またはバーナ２２の火炎の有無を検出することができる。また、火炎検出装置１６ａ、１６ｂが第１の実施の形態における火炎検出装置１６と同等の場合には、バーナ２１，２２それぞれの火炎の有無を検出することができる。
【００４０】
ＰＬＣ３０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などから構成され、火炎検出装置１６ａ，１６ｂによる検出結果を統合してバーナ２１，２２の火炎の有無を判定する。例えば、火炎検出装置１６ａ，１６ｂから同じ検出結果が得られた場合、ＰＬＣ３０は、火炎検出装置１６ａ，１６ｂの両方が正常に動作していると判定し、それぞれの検出結果を正常なものとして出力する。一方、火炎検出装置１６ａ，１６ｂから異なる検出結果が得られた場合、ＰＬＣ３０は、火炎検出装置１６ａ，１６ｂの何れかに異常が生じていると判定する。このような場合、ＰＬＣ３０は、モニタへの警告表示やスピーカから警報音の出力によりオペレータに注意を喚起させたり、バーナ２１，２２の火炎を消火させたりするようにしてもよい。また、より安全を実現できる方の火炎検出装置１６ａ，１６ｂの検出結果に基づいて、ボイラシステム２の動作を継続するようにしてもよい。これにより、ボイラシステム２の安全性を向上させることができる。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、火炎検出装置１６ａ，１６ｂを複数設け、それぞれに互いに異なるバーナ２１，２２に配設されたフレームロッドを接続し、ＰＬＣ３０によりその複数の火炎検出装置１６ａ，１６ｂの検出結果に基づいて火炎の有無を判定することにより、２重に火炎の有無を監視することになるので、ボイラシステム２の安全性を向上させることができる。
【００４２】
なお、第１〜第３の実施の形態では、１つの火炎検出装置に対して２つのフレームロッドが接続される場合を例に説明したが、火炎検出装置に対して並列に接続されるのであれば１つの火炎検出装置に接続されるフレームロッドの数量は２つに限定されず、適宜自由に設定することができる。このように３つ以上のフレームロッドを接続した場合には、閾値の数量をさらに増やすことにより、それらのフレームロッドが配設されたバーナにおける火炎の有無を検出することができる。
【００４３】
また、第１〜第３の実施の形態では、２つのバーナを設ける場合を例に説明したが、バーナの数量は２つに限定されず、システムの規模などに応じて適宜自由に設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、複数のフレームロッドを有する各種システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１，２…ボイラシステム、１１…燃焼炉、１２…メインバーナ，１３…パイロットバーナ、１４，１５…フレームロッド、１４ａ…ダイオード、１４ｂ…抵抗、１６，１６ａ，１６ｂ…火炎検出装置、２１，２２…バーナ、２３〜２６…フレームロッド、３０…管理装置、１６１…交流電源、１６２…判定回路、１６２ａ…記憶部、１６２ｂ…判定部、１６３…直流電源、１６４…コンデンサ、１６５…管理装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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